सुबह अच्छा है, तेजी से और सस्ते मानव जीनोम विधानसभा — ScienceDaily


यह केवल तीन साल के बाद से यूसी सांता क्रूज़ शोधकर्ताओं ने साबित कर दिया है कि लंबे समय से पढ़ने के मानव जीनोम विधानसभा के लिए का उपयोग कर एक ही nanopore प्रौद्योगिकी विकसित परिसर में किया जा सकता है सब पर. समय पर, यह एक भारी प्रयास की आवश्यकता होती है, 150,000 घंटे कंप्यूटिंग के समय और सप्ताह के काम करते हैं.

एक साल के बारे में बाद में, का उपयोग कर PromethION nanopore sequencer, एक इसी तरह के प्रयास को साबित कर दिया, काफी तेजी से, सस्ता, और आसान है, पर में clocking एक सप्ताह के बारे में. “हम अनुक्रम ग्यारह मानव जीनोम में नौ दिनों के लिए गया था, जो अभूतपूर्व समय पर कहा,” यूसी सांता क्रूज़ अनुसंधान वैज्ञानिक Miten जैन.

अब, शोधकर्ताओं में यूसी सांता क्रूज़ शोधकर्ताओं ने सहयोग किया है पर एक एल्गोरिथ्म डिजाइन करने के लिए सही और ठीक से इकट्ठा व्यक्तिगत, पूर्ण मानव जीनोम से लंबे समय से पढ़ने के अनुक्रमण डेटा के बारे में छह घंटे और के बारे में के लिए $70.

शोधकर्ताओं ने कहा कि उन्हें उम्मीद है कि उनके कोडांतरक की गति में वृद्धि होगी जीनोमिक्स अनुसंधान और खुला के अवसरों. यह भी शामिल है को सक्षम करने के pangenome अनुसंधान का प्रतिनिधित्व करने के लिए सच पैमाने के मानव विविधता, एक निश्चित रूप से और अधिक व्यावहारिक पीछा ।

हाल ही में जब तक, जीनोमिक अनुसंधान भरोसा है पर विशेष रूप से संदर्भ जीनोम एक ही व्यक्ति से चयनित का प्रतिनिधित्व करने के लिए एक पूरी प्रजाति है । को प्रतिबिंबित करने के लिए सच है मानव विविधता, यूसी सांता क्रूज़ पर शुरू किया गया है एक pangenomic पहल के अनुक्रम में 350 नई, व्यक्तिगत मानव जीनोम ।

एक भाग के रूप में इस काम है, यूसी सांता क्रूज़ जीनोमिक्स संस्थान के शोधकर्ताओं ने विकसित एक nanopore लंबे समय से पढ़ने के अनुक्रमण प्रोटोकॉल है कि लगातार पैदावार 60X ~कवरेज (~200 gigabases) के एक मानव जीनोम में अभूतपूर्व लंबाई (मंझला पढ़ें N50 के 42 kb) का उपयोग कर तीन PromethION प्रवाह कोशिकाओं. इसके अतिरिक्त, ~7X के कवरेज जीनोम में पढ़ता 100 kb से अधिक लंबाई में. इस विधि उच्च स्केलेबल है, दोनों के संदर्भ में लागत और संख्या के जीनोम है कि संसाधित किया जा सकता साथ-साथ । हम अब कर रहे हैं में सुधार के लिए इस विधि अधिक पढ़ें लंबाई और throughput होगा, जो आगे की सुविधा के हमारे लक्ष्य को प्राप्त करने, पूरा, चरणबद्ध, संदर्भ-गुणवत्ता जीनोम.

इस बड़े प्रवाह डेटा की आवश्यकता के विकास के लिए अत्यधिक कुशल सॉफ्टवेयर उपकरण के साथ शुरू, एक कोडांतरक. “हमारे नए कोडांतरक डिजाइन किया गया था होना करने के लिए सस्ते और जल्दी है, लक्ष्य के साथ किया जा करने के लिए पर बादल ने कहा,” यूसी सांता क्रूज़ बेनेडिक्ट रकाबी. “यह हमें शक्ति पैमाने पर करने के लिए nanopore अनुक्रमण. अब, मैं आश्वस्त हूँ कि हम हो जाएगा आसानी से संयोजन के सैकड़ों के डी नोवो जीनोम में अगले साल.”

एक व्यापक टीम के शोधकर्ताओं और डेवलपर्स है कि नेतृत्व में किया गया था पाओलो Carnevali से चान जुकरबर्ग इनिशिएटिव (CZI) — और में शामिल में कई कम्प्यूटेशनल जीनोमिक्स प्रयोगशाला में यूसी सांता क्रूज़ जीनोमिक्स संस्थान — इस के लिए योगदान दिया समाधान.

“जब मैंने देखा कि जैन 2018 कागज, मैं प्रभावित हुआ था, और एहसास है कि मैं कर सकता करने के लिए योगदान कम्प्यूटेशनल पक्ष के इस लाइन की जांच ने कहा,” पाओलो Carnevali. “मैं हाल ही में मुलाकात की बेनेडिक्ट रकाबी का फैसला किया है और मैं चाहता था के साथ काम करने पर उनकी टीम UCSC.

टीम जल्द ही सहयोग. महीने के भीतर, वे विकसित किया है और परीक्षण के विशेष एल्गोरिथम सॉस, जो वे कहा जाता है Shasta.

शास्ता है एक स्मृति-कंप्यूटिंग संचालित एल्गोरिथ्म है कि अब कर सकते हैं को पूरा करने में सहायता de नोवो (नया, पहले कभी नहीं संसाधित) मानव जीनोम विधानसभा के तहत छह घंटे, लेखक कहते हैं, के लिए एक की औसत लागत $70 प्रति नमूना है ।

अपने पत्र में, “Nanopore अनुक्रमण और Shasta टूलकिट सक्षम कुशल de नोवो विधानसभा के ग्यारह मानव जीनोम,” आज प्रकाशित में प्रकृति जैव प्रौद्योगिकी, वे कैसे का वर्णन Shasta न केवल पैदावार तुलनीय या बेहतर सटीकता के रूप में अपने समकालीनों, लेकिन यह भी सबसे कम संख्या के misassemblies.

संतुष्ट नहीं के साथ यह मील का पत्थर है, टीम में एक अवसर देखा मसौदा सुधार लाने के लिए विधानसभा में एक सस्ती कीमत पर और बारी के आसपास का समय है । “में सुधार करने के लिए आधार-स्तर की गुणवत्ता विधानसभाओं, हम इस्तेमाल एक अनुक्रम पालिशगर के आधार पर एक गहरी तंत्रिका नेटवर्क के रूप में अंतिम विधानसभा कदम बताया,” सीसा लेखक किश्वर Shafin. “यह लाया कुल लागत, विधानसभा की प्रक्रिया करने के लिए कम से कम $200 और 37 घंटे-जो आगे कम कम्प्यूटेशनल उपरि पैदा करने के लंबे-पढ़ने विधानसभाओं में नाटकीय रूप से — एक कारक के द्वारा पांच।”

शोधकर्ताओं का मूल्यांकन परिशुद्धता और फिर पुष्टि की सटीकता, और कहा कि वे हासिल किया था 99.9% सटीक विधानसभा, का उपयोग केवल nanopore डेटा, के लिए पहली बार एक मानव जीनोम. इसके अलावा, वे उत्पन्न गुणसूत्र स्तर scaffolds के लिए इन पॉलिश विधानसभाओं का उपयोग कर HiC अनुक्रमण डेटा ।

वैज्ञानिक अनुसंधान और सह-लेखक करेन Miga है, जो निर्देशन डेटा उत्पादन केंद्र पर UCSC के लिए मानव Pangenome परियोजना, बाहर अंक के महत्व को टीम की उपलब्धियों में सटीकता में सुधार. “हमारा उद्देश्य है करने के लिए न केवल विविधता का विस्तार के संदर्भ जीनोम लेकिन यह भी हल करने के लिए के सैकड़ों के अंतराल के साथ जारी रहती है कि भर में जीनोम,” Miga बताते हैं । “अब है कि हम कर सकते हैं नियमित रूप से शामिल इन अज्ञात क्षेत्रों में, हम वास्तव में एक पूरी विधानसभा के एक मानव जीनोम, और हम कर सकते हैं पता लगाने के लिए शुरू की विविधताओं अज्ञात परिणाम है.”



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